celda de Gilbert

En electrónica , la celda de Gilbert es un tipo de mezclador de frecuencia . Produce señales de salida proporcionales al producto de dos señales de entrada. Estos circuitos se utilizan ampliamente para la conversión de frecuencia en sistemas de radio . ^{[ 1 ]} La ventaja de este circuito es que la corriente de salida es una multiplicación exacta de las corrientes base (diferenciales) de ambas entradas. Como mezclador, su funcionamiento balanceado cancela muchos productos de mezcla no deseados , lo que resulta en una salida más limpia. Las celdas de Gilbert también se pueden utilizar como amplificadores de ganancia variable (VGA). ^{[ 2 ]}

Se trata de un caso generalizado de un circuito antiguo utilizado por primera vez por Howard Jones en 1963, ^{[ 3 ]} inventado de forma independiente y ampliado considerablemente por Barrie Gilbert en 1967. ^{[ 4 ]} Es un ejemplo específico de diseño "translineal", un enfoque de modo de corriente para el diseño de circuitos analógicos . La propiedad específica de esta celda es que la corriente de salida diferencial es un producto algebraico preciso de sus dos entradas de corriente analógicas diferenciales.

Hay poca diferencia entre la celda de Jones y el multiplicador translineal en esta topología. En ambas formas, dos etapas de amplificador diferencial están formadas por pares de transistores acoplados por emisor (Q1/Q4, Q3/Q5) cuyas salidas están conectadas (corrientes sumadas) con fases opuestas. Las uniones de emisor de estas etapas de amplificador son alimentadas por los colectores de un tercer par diferencial (Q2/Q6). Las corrientes de salida de Q2/Q6 se convierten en corrientes de emisor para los amplificadores diferenciales. Simplificado, la corriente de salida de un transistor individual está dada por i _c = g _m v _be . Su transconductancia g _m es (a T = 300 K ) aproximadamente g _m = 40 I _C . Combinando estas ecuaciones se obtiene i _c = 40 I _C v _be,lo . Sin embargo, I _C aquí está dada por v _be,rf g _m,rf . Por lo tanto, i _c = 40 v _be,lo v _be,rf g _m,rf , que es una multiplicación de v _be,lo y v _be,rf . La combinación de las corrientes de salida de las dos etapas diferentes produce un funcionamiento en cuatro cuadrantes.

La topología de Jones se puede generalizar "apilando" cualquier número de pares de pares diferenciales (cuyas dos entradas diferenciales y dos salidas diferenciales están conectadas desfasadas y en fase, respectivamente) sobre una celda de Jones convencional, lo que da como resultado un circuito que conserva la naturaleza balanceada del funcionamiento de la celda de Jones. Específicamente, la corriente de salida diferencial sería ahora proporcional al producto de un número arbitrario de entradas diferenciales (o alguna función translineal de las mismas). ^{[ 5 ]} Sin embargo, la utilidad de esta generalización en entornos microelectrónicos prácticos es limitada debido al gran margen de voltaje necesario para mantener todos los transistores en la región de operación adecuada (activa directa) .

Sin embargo, en las celdas inventadas posteriormente por Gilbert, mostradas en la figura de la derecha, hay dos transistores adicionales conectados como diodos (etiquetados como V1 y V2). Esta es una diferencia crucial porque generan el logaritmo de la corriente de entrada diferencial (X) asociada, de modo que las características exponenciales de los transistores subsiguientes dan como resultado una multiplicación idealmente perfecta de estas corrientes de entrada con el par restante de corrientes (Y). Esta topología de celda con diodos adicionales se usa típicamente cuando se requiere un amplificador controlado por voltaje (VCA) de baja distorsión. Esta topología rara vez se usa en aplicaciones de mezcladores/moduladores de RF por varias razones, una de ellas es que la ventaja de linealidad del cascodo linealizado superior es mínima debido a las señales de excitación casi cuadradas a estas bases. Es menos probable que la excitación sea una onda cuadrada de flanco rápido a frecuencias muy altas, donde podría haber alguna ventaja en la linealización.

Hoy en día, se pueden construir circuitos funcionalmente similares utilizando celdas CMOS o BiCMOS.

• NE612 , oscilador y mezclador.